CELL:利用蛋白质组学发现多种肿瘤诊断及分类的外囊泡标志物

2020-12-09

 

组织活检是现阶段癌症诊断的最主要手段之一。而体液活检由于其创口小,易连续获取及可在早期诊断癌症的特点,逐渐成为研究热点。而细胞外囊泡(EVPs)又是体液活检的主要材料来源而备受关注。EVPs是一种胞内来源,直径在30–150 nm的囊泡结构,内部富含核酸,脂质和蛋白质等物质可作为肿瘤的生物标志物,具有巨大的研究和应用潜力。

纪念斯隆•凯特琳癌症中心和康奈尔大学等单位合作,共同发现肿瘤释放的细胞外囊泡称为EVP,可以用于在早期阶段诊断及分类多种不同类型的癌症。该成果于2020年8月20日发表在Cell(IF=38.6)杂志上,题目为“Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers”。

研究材料

健康人及肿瘤患者的组织、血浆、及其他液体样本来源的外囊泡及颗粒

技术方法

Label free蛋白组及PRM靶向蛋白组

实验结果

7种不同来源的细胞外囊泡蛋白质组学分析及生物标志物的确定

作者选取了497例鼠源样本,使用超速离心法提取EVPs,并进行定量蛋白质组分。这497例样品中,有426例是人源,71例鼠源;包含组织、细胞,也有血浆、血清等体液。通过对各种不同样品的相关性分析,作者发现:体液来源的样品相互之间较为相似,而同组织来源的样品数据差别显著。而通过进一步分析,不仅确认了传统的EVP标记物CD9 、HSPA8、ALIX和HSP90AB1,还发现了潜在的EVP标记物,ACTB、MSN和RAP1B。此外,相关性分析还表明人类和小鼠之间的蛋白差别较大,这意味着我们不能单纯依靠小鼠模型来指导人类的液体活检标志物。因此,在后续的分析中,作者着重从人类组织和体液来源的EVPs中分别寻找相应的生物标志物组合。

组织类样品来源的EVPs标志物分析

作者比较了肿瘤组织和癌旁组织及健康组织的EVP蛋白质组。利用随机森林模型对151例样本中的75%作为训练集进行学习,剩下的25%作为验证集。最终确定16个蛋白质的队列用作癌症诊断标志物,可达到95%的敏感性和92%的特异性。

体液类样品来源的EVPs标志物分析

作者比较了体液来源的EVP样本,使用随机森林分析方法,对120个体液类样品进行训练学习。最终得到了47个蛋白质队列,其在训练集中的敏感性和特异性分别达到100%和82%,在测试集中的敏感性和特异性分别达到95%和90%。

组织和体液来源的EVPs标志物对不同癌症类型指征。

作者通过随机森林聚类和t-SNE分析,可有效对不同类型的样本进行区分。结果表明,无论组织来源还是体液来源EVPs的蛋白均有助于判断具体的肿瘤类型。并可诊断一些 “原发位置不详的肿瘤”。可根据血浆中EVP携带的特征性蛋白,对这些肿瘤做出分类。

结论

通常病理学家利用组织活检来诊断癌症,而液体活检具有创口小,可连续获取的特性逐渐成为病理诊断的“热门”。 目前还有一些癌症没有有效的筛查方法可以及早发现,例如肝癌和胰腺癌,希望这类新型的检测方法可以为其诊断提供帮助,做到早发现,早治疗,把癌症扼杀在萌芽之中。

 

参考文献:

Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers. Cell. 2020 Aug 20;182(4):1044-1061.e18. doi: 10.1016/j.cell.2020.07.009. Epub 2020 Aug 13.